DE102005020292B3

DE102005020292B3 - Fuel element for nuclear reactors, e.g. pressurised water reactors, has fuel rod guide tubes fixed in spacers by projections on guide tubes which engage with windows in spacer frame sections

Info

Publication number: DE102005020292B3
Application number: DE102005020292A
Authority: DE
Inventors: Matthias Rudolph; Hans-Peter Fuchs; Erhard Friedrich
Original assignee: Areva NP GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-05-01
Also published as: WO2006117090A3; JP2008541010A; US20080219398A1; US8503600B2; KR20070116827A; ZA200706730B; WO2006117090A2; JP5254780B2; CN101156212B; EP1878023A2; KR100937546B1; ES2443101T3; EP1878023B1; CN101156212A

Abstract

A nuclear reactor fuel element has fuel rod guide tubes in spacers made of materials with different thermal expansion, in which, if either the tube or the frame section has a higher thermal expansion, the facing sides of the locating projections on the tube engage with stop zones on windows in the frame section, which have inclined edges forming sliding wedge joints with the projections. A nuclear reactor fuel element has a bundle of fuel rods, at least one spacer (2) with cells circumscribed by a frame section (6) made of material (A), and several guide tubes (3) passing through the cells and made of material (B) with a different thermal expansion, which are connected to the spacer by two projections (7, 8) fixed to the tube at axial positions (I) and (II) respectively, each engaging with a window (9) in the frame forming an axial undercut. If the guide tube or the frame section has a higher thermal expansion, the sides of the projections which are facing one another each engage with a stop zone on the window which has at least one inclined edge (13) at an angle to the longitudinal axis of the spacer or guide tubes, forming a sliding wedge joint with the projection.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennelement für einen Druckwasserreaktor. Ein solches Brennelement umfasst ein Brennstabbündel, wenigstens einen Abstandhalter mit Zellen z.B. quadratischer Form, die von wenigstens einem aus einem ersten Material bestehenden Stegabschnitt begrenzt sind und mehreren jeweils eine Zelle durchsetzenden Führungsrohren aus einem zweiten Material. Die Abstandhalter sind an den Führungsrohren axial fixiert. Wenn Abstandhalter und Führungsrohre aus Zirkoniumlegierungen bestehen, ist eine Verbindung durch Schweißen möglich. Wird jedoch eines der in Rede stehenden Bauteile aus Inconel oder Stahl und das andere Bauteil aus einer Zirkonium-Legierung, z.B. Zircaloy gefertigt, scheidet eine Schweißverbindung aus. Problematisch ist weiterhin, dass die genannten Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und dementsprechend unterschiedliche Wärmedehnungen aufweisen. Beim Erwärmen eines Brennelementes auf Betriebstemperatur können dadurch Spannungen an Schweiß- und Lötverbindungen entstehen. Formschlüssige Verbindungen neigen dazu, bei Erwärmung des Brennelements nicht mehr genauso fest zu sein wie im kalten Zustand. Bei aus DE 2 259 495 A und DE 26 05 594 A1 bekannten Brennelementen ist die Verbindung zwischen Führungsrohr und Abstandhalter so ausgestaltet, dass eine wärmebedingte Relativausdehnung die Festigkeit der genannten Verbindung nicht schwächt. Dies wird dadurch erreicht, dass am Führungsrohr erste und zweite Vorsprünge mittel- oder unmittelbar fixiert sind, wobei ein erster Vorsprung an einer ersten Axialposition und ein zweiter Vorsprung an einer zweiten Axialposition angeordnet ist und die Vorsprünge jeweils in ein einen Stegabschnitt durchbrechendes Fenster eingreifen.The invention relates to a fuel assembly for a pressurized water reactor. Such a fuel assembly comprises a fuel rod bundle, at least one spacer with cells, for example of square shape, which are delimited by at least one web portion consisting of a first material and a plurality of guide tubes each of a second material passing through a cell. The spacers are axially fixed to the guide tubes. If spacers and guide tubes are made of zirconium alloys, connection by welding is possible. If, however, one of the components in question is made of Inconel or steel and the other component is made of a zirconium alloy, eg Zircaloy, a welded joint separates out. Another problem is that the materials mentioned have different thermal expansion coefficients and correspondingly different thermal expansions. When heating a fuel assembly to operating temperature can thereby create stresses on welding and solder joints. Positive connections tend to be no longer as strong when heating the fuel assembly as in the cold state. At out DE 2 259 495 A and DE 26 05 594 A1 known fuel elements, the connection between the guide tube and spacer is designed so that a heat-related relative expansion does not weaken the strength of said compound. This is achieved in that first and second projections on the guide tube are fixed directly or indirectly, wherein a first projection at a first axial position and a second projection at a second axial position is arranged and engage the projections in each case in a web portion breaking window.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Brennelement für einen Druckwasserreaktor vorzuschlagen, bei dem aus unterschiedliche Wärmedehnungen aufweisenden Materialien bestehende Abstandhalter und Führungsrohre auf eine alternative Weise miteinander verbunden sind, und zwar insbesondere so, dass eine Materialverformung im Bereich der Fenster zumindest verringert ist.From that Based on the object of the invention, a fuel assembly for a To propose pressurized water reactor, in which from different thermal expansions containing materials existing spacers and guide tubes connected in an alternative way, namely in particular so that a material deformation in the window at least reduced.

Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 durch eine Verbindung zwischen Führungsrohr und Abstandhalter gelöst, bei der im Falle einer größeren Wärmedehnung der Führungsrohre die einander abgewandten und im Falle einer größeren Wärmedehnung eines Abstandhalters bzw. eines dessen Zellen bildenden Stegabschnitts die einander zugewandten Seiten der Vorsprünge jeweils mit einem Anschlagbereich eines Fensters zusammenwirken. Dadurch ist zunächst gewährleistet, dass bei einer Erwärmungsbedingten Relativbewegung zwischen Abstandhalter und Führungsrohren die mechanische Verbindung zwischen den genannten Teilen sich nicht lockert, sondern im Gegenteil fester wird, indem nämlich die Vorsprünge fester auf die jeweiligen Anschlagbereiche der Fenster gedrückt werden. Es ist also nicht erforderlich, bereits im Montagezustand, also bei Raumtemperatur, die spätere Endfestigkeit im Betriebszustand zu erreichen. Ein nach der Montage zwischen Vorsprung und Anschlagbereich des Fensters vorhandenes geringes Spiel verschwindet nämlich spätestens bei erreichen der Betriebstemperatur. Durch die Relativbewegung zwischen Abstandhalter und Führungsrohren beim Erwärmen des Brennelementes kann es zu einer Verformung des Anschlagbereiches eines Fensters kommen. Die Verformung kann aber durch ein bei Raumtemperatur vorhandenes Spiel zwi schen den Vorsprüngen und den Anschlagbereichen gering gehalten werden. Eine stärkere Materialverformung im Bereich eines Fensters wird dadurch verringert oder ganz verhindert, dass ein Anschlagbereich eines Fensters zumindest eine schräg zur Längsrichtung des Abstandhalters bzw. eines Führungsrohres verlaufende seitliche Schrägkante aufweist, die mit einem Vorsprung eine Schubkeilverbindung bildet. Diese Art der Verbindung wird mit zunehmender Relativbewegung zwischen Abstandhalter und Führungsrohren aufgrund der Keilwirkung mit zunehmender Erwärmung fester. Durch das Ausmaß der Schrägstellung der Schrägkanten kann eine Anpassung an mehr oder weniger stark ausgeprägte Unterschiede im Wärmedehnungsverhalten der miteinander kombinierten Materialien vorgenommen werden. Der Verformung eines Stegabschnitts im Fensterrandbereich kann auch dadurch entgegengewirkt werden, dass ein Vorsprung mit einer mit dem Schrägbereich zusammenwirkenden Schrägfläche ausgestaltet ist. Dadurch wird die gegenseitige Anlagefläche vergrößert und dementsprechend die auf eine Schrägkante einwirkenden Kräfte verteilt. Die dadurch erreichte geringere Flächenpressung bewirkt eine entsprechend geringere Verformung eines Stegabschnitts im Bereich der Schrägkante.These Task is according to claim 1 by a connection between the guide tube and spacers solved, when in case of greater thermal expansion the guide tubes the opposite and in the case of greater thermal expansion of a spacer or one of its cells forming web section, the sides facing each other the projections each interact with a stop area of a window. This is first guaranteed that in a heating conditional Relative movement between spacers and guide tubes the mechanical connection between the parts mentioned does not loosen, but on the contrary becomes stronger, namely, by the projections be pressed firmly on the respective stop areas of the window. So it is not necessary, already in the assembled state, so at room temperature, the later Final strength to achieve in the operating condition. One after the assembly between tab and stop area of window available small game disappears no later than when reaching the operating temperature. By the relative movement between spacers and guide tubes when heating of the fuel element may cause a deformation of the stop area come of a window. The deformation can, however, by an existing at room temperature Play between the projections and the stop areas are kept low. A stronger material deformation in the area of a window is thereby reduced or completely prevented that a stop area of a window at least one oblique to the longitudinal direction of the spacer or a guide tube running lateral bevel has, which forms a thrust wedge connection with a projection. This type of connection is made with increasing relative movement between Spacers and guide tubes due to the wedge effect with increasing warmth solid. By the extent of skew the beveled edges can adapt to more or less pronounced differences in thermal expansion behavior the combined materials are made. Of the Deformation of a web section in the window border area can also be counteracted by a projection with a the oblique area designed cooperating inclined surface is. As a result, the mutual contact surface is increased and accordingly the on a beveled edge acting forces distributed. The resulting lower surface pressure causes a corresponding less deformation of a web section in the area of the bevelled edge.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die genannte Schrägfläche eines Vorsprunges zusätzlich eine Schrägstellung in Radialrichtung aufweist und die Schrägkante eines Fensters in Umfangsrichtung zumindest teilweise hintergreift, wobei bei einer Relativbewegung zwischen Stegabschnitt und Führungsrohr der Stegabschnitt mit einer radial nach innen wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird. Auf dieses Weise wird ein Stegabschnitt bei einer Relativbewegung zwischen Abstandhalter und Führungsrohr aufgrund der genannten Kraftbeaufschlagung gegen die Umfangsfläche des Führungsrohres gedrückt. Außerdem ist verhindert, dass sich ein Steg abschnitt unter Überwindung des axial wirksamen Hinterschnitts zwischen Vorsprung und Fenster radial nach außen wölbt.In a further preferred embodiment, it is provided that said inclined surface of a projection additionally has an inclination in the radial direction and engages behind the edge of a window in the circumferential direction at least partially, wherein in a relative movement between web portion and guide tube of the web portion is acted upon with a radially inwardly acting force component , In this way, a web portion is pressed in a relative movement between the spacer and guide tube due to said force against the peripheral surface of the guide tube. Except This prevents a web section bulges overcoming the axially effective undercut between the projection and window radially outward.

Prinzipiell ist es denkbar, die Vorsprünge direkt am Führungsrohr vorzusehen, diese etwa mit Hilfe eines Dornwerkzeuges aus der Umfangsfläche radial heraus zu drücken. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass die Vorsprünge nicht unmittelbar mit dem Führungsrohr verbunden sind, sondern von einer oberen und unteren Hülse getragen werden, welche über ein Führungsrohr geschoben sind und dieses im Bereich eines Abstandhalters axial fixiert umfassen. Die Fixierung der Hülse am Führungsrohr erfolgt vorzugsweise durch eine Verschweißung, was voraussetzt, dass Hülsen und Führungsrohre aus einem miteinander verschweißbaren Material, beispielsweise beide aus rostfreiem Stahl bestehen. Durch die Vorsprünge tragenden Hülsen ist die Montage erleichtert. Die Hülsen werden zunächst ober- und unterseits an einem Abstandhalter fixiert, in dem sie in eine Zelle so weit eingesteckt werden, bis die Vorsprünge in die Fenster der Stegabschnitte einrasten. Anschließend wird ein Führungsrohr durch die am Abstandhalter fixierten Hülsen hindurchgesteckt. Da die Vorsprünge ein Fenster mit axial wirksamen Hinterschnitt durchgreifen sollen, ist zwangsläufig die Schlüsselweite zweier diametral gegenüberliegender Vorsprünge größer als die lichte Weite einer z.B. quadratischen Abstandhalterzelle. Um das Einführen einer Hülse in eine Zelle zu ermöglichen, müssten deshalb die Stegabschnitte zunächst radial nach außen aufgeweitet werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist nun vorgesehen, dass die Vorsprünge nicht direkt am Außenumfang der Hülse sondern an der Außenseite von Armen angeordnet sind, welche sich von der dem Abstandhalter zugewandten Stirnseite einer Hülse axial wegerstrecken. Bei der Montage können die Arme radial nach innen gedrückt werden, so dass die Hülse mit ihren Armen voran in eine Zelle eingeführt werden kann. Wenn die Vorsprünge die Fenster erreicht haben, federn die Arme radial nach außen, wobei die Vorsprünge die Fenster hintergreifen.in principle it is conceivable the projections directly on the guide tube provide this radially with the aid of a mandrel tool from the peripheral surface to push out. In a preferred embodiment, however, it is provided that the projections not directly with the guide tube are connected, but supported by an upper and lower sleeve which are over pushed a guide tube are and this axially fixed in the range of a spacer. The fixation of the sleeve on the guide tube is preferably done by welding, which requires that Pods and guide tubes made of a welded together Material, for example, both made of stainless steel. By the projections carrying sleeves the assembly is easier. The sleeves are initially and on the underside fixed to a spacer, in which they are in a Cell be inserted so far until the protrusions into the windows of the bridge sections engage. Subsequently becomes a guide tube inserted through the sleeves fixed to the spacer. Because the projections to pass through a window with axially effective undercut, is inevitable the wrench size two diametrically opposite projections bigger than that clear width of e.g. square spacer cell. To that Introduce a sleeve to enable in a cell would therefore the bridge sections first radially outward be widened. In a preferred embodiment is now provided that the projections not directly on the outer circumference the sleeve but on the outside are arranged by arms, which are different from the spacer facing end face of a sleeve extend axially. When mounting, the arms can be radially inward depressed be so that the sleeve with their Poor ahead introduced into a cell can be. If the projections have reached the windows, the arms spring radially outward, wherein the projections behind the windows.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, das ein Abstandhalter rechteckige, von vier Stegabschnitten gebildete Zellen aufweist und dass an einer Hülse vier jeweils mittig zu einem Stegabschnitt ausgerichtete Arme vorhanden sind, wobei die Stegabschnitte einen sich von ihrem oberen und einen sich von ihren unteren Rand axial wegerstreckenden radial erweiterten Aufnahmebereich aufweisen, in den sich der ihm zugeordnete Arm axial und radial hinein erstreckt und mit seinem Vorsprung in ein Fester eingreift.at a further preferred embodiment is provided, the one Spacer rectangular cells formed by four land sections and that on a sleeve there are four arms each aligned centrally with a web section, wherein the web sections one from their upper and one radially extending away from its lower edge Have receiving area, in which the associated arm axially and extends radially in and with its projection in a solid intervenes.

Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist ebenfalls ein Abstandhalter mit rechteckigen, von vier Stegabschnitten gebildeten Zellen vorhanden. Die Hülse ist jedoch so angeordnet, dass ihre vier Arme jeweils zu den Zelleneckbereichen hin ausgerichtet sind. Im Zelleneckbereich eines jeden Stegabschnittes ist ein oberes und unteres Fenster vorgesehen, wobei der Vorsprung eines Arms gleichzeitig in zwei obere bzw. zwei untere Fenster eingreift. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt z.B. darin, dass ein Stegabschnitt im Zelleneckbereich stabiler ist als in seinem Mittelabschnitt und dementsprechend den von einem Vorsprung im Betriebszustand ausgeübten Kräften insbesondere ohne größere Verformungen oder Verwerfungen besser Stand hält. Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Mittelabschnitt eines Stegabschnittes frei bleibt und dieser Platz etwa zur Anordnung eines zur radialen Abstützung eines Brennstabes dienenden Federelementes dienen kann.at Another preferred embodiment is also a spacer with rectangular cells formed by four segments. The sleeve However, it is arranged so that its four arms each to the cell corner areas are aligned. In the cell corner area of each land section an upper and lower window is provided, the projection an arm simultaneously engages in two upper and two lower windows. Of the Advantage of this embodiment is e.g. in that a web section in the cell corner area is more stable than in its middle section and Accordingly, in particular, the forces exerted by a projection in the operating state forces without major deformations or faults. It is also advantageous that the middle section of a web section remains free and this place about the arrangement of a radial support Serving a fuel rod serving spring element.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained in more detail. Show it:

1 ein Brennelement eines Druckwasserreaktors in perspektivischer Ansicht, 1 a fuel element of a pressurized water reactor in perspective view,

2 einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung, 2 a detail of a first embodiment in perspective view,

2A eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 2, 2A a modification of the embodiment of 2 .

3 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht in Richtung des Pfeiles III in 2, 3 a partially broken plan view in the direction of arrow III in 2 .

4 einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Darstellung, 4 a detail of a second embodiment in perspective view,

5 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils V in 4, 5 a plan view in the direction of arrow V in 4 .

6 einen Längsschnitt entsprechend der Linie VI-VI in 5, 6 a longitudinal section corresponding to the line VI-VI in 5 .

7 einen Querschnitt entsprechend der Linie VII-VII in 5, 7 a cross section corresponding to the line VII-VII in 5 .

8 einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles in perspektivischer Darstellung, 8th a detail of a third embodiment in perspective view,

9 eine Hülse in perspektivischer Darstellung, 9 a sleeve in perspective,

10 die Hülse von 9 in einer zweiten perspektivischen Darstellung, 10 the sleeve of 9 in a second perspective view,

11 eine Seitenansicht der Hülse von 9, 11 a side view of the sleeve of 9 .

12 einen Querschnitt entsprechend der Linie XII-XII in 11, 12 a cross section corresponding to the line XII-XII in 11 .

13 einen Querschnitt entsprechend der Linie XIII-XIII in 11 13 a cross section corresponding to the line XIII-XIII in 11

14 einen Querschnitt entsprechend der Linie XIV-XIV in 8. 14 a cross section corresponding to the line XIV-XIV in 8th ,

Ein Brennelement eines Druckwasserreaktors, dargestellt in 1, umfasst ein Bündel einer Vielzahl von Brennstäben 1, welche von mehreren Abstandhaltern 2 lateral gehalten sind.A fuel element of a pressurized water reactor, shown in FIG 1 includes a bundle of a plurality of fuel rods 1 , which consists of several spacers 2 are held laterally.

Das Brennelement 1 umfasst weiterhin mehrere Führungsrohre 3. Die Führungsrohre 3 und die Abstandhalter 2 bestehen aus unterschiedlichen, nicht miteinander verschweißbaren Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungen. Bei den Ausführungsbeispielen nach 2, 4 und 8 bestehen die Führungsrohre aus einem Material mit einer größeren Wärmedehnung als das Material der Abstandhalter. Die Führungsrohre 3 bestehen aus rostfreiem Stahl oder einer Nickel-Legierung, z.B. Inconel und die Abstandhalter 2 aus einer Zirkoniumlegierung, beispielsweise Zirkaloy. Bei dem Ausführungsbeispiel von 2A sind die Verhältnisse umgekehrt. Hier weisen die Abstandhalter die größere Wärmedehnung auf, bestehen also etwa aus Inconel oder rostfreiem Stahl. Die Führungsrohre 3 sind dagegen aus Zirkaloy oder dergleichen gefertigt. Bei allen Ausführungsbeispielen setzt sich ein Abstandhalter im wesentlichen aus kreuzweise angeordneten Stegen 4 zusammen, wobei eine Zelle 5 eines Abstandhalters von vier Stegabschnitten 6 gebildet ist. Die Abstandhalter 2 sind in Axialrichtung an den Führungsrohren 3 fixiert. Zu diesem Zweck stehen an einer oberen Axialposition I und an einer unteren Axialposition II jeweils vier erste Vorsprünge 7 bzw. zweite Vorsprünge 8 radial hervor. Die Vorsprünge 7, 8 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet und sind durch eine radial nach außen gerichtete Prägung der Rohrwand des Führungsrohres 3 gebildet. Die ersten und zweiten Vorsprünge 7, 8 weisen zueinander die gleiche Drehstellung auf und sind etwa noppenförmig ausgebildet. Die Vorsprünge 7, 8 sind innerhalb einer Zelle angeordnet und durchsetzten unter Ausbildung eines axial wirksamen Hinterschnitts die Stegabschnitte 6 durchbrechende Fenster 9.The fuel element 1 also includes several guide tubes 3 , The guide tubes 3 and the spacers 2 consist of different, not weldable materials with different thermal expansions. In the embodiments according to 2 . 4 and 8th the guide tubes are made of a material with a greater thermal expansion than the material of the spacers. The guide tubes 3 are made of stainless steel or a nickel alloy, eg Inconel and the spacers 2 from a zirconium alloy, for example Zircaloy. In the embodiment of 2A the conditions are reversed. Here, the spacers on the greater thermal expansion, ie consist of about Inconel or stainless steel. The guide tubes 3 On the other hand, they are made of zircaloy or the like. In all embodiments, a spacer essentially consists of crosswise arranged webs 4 together, being a cell 5 a spacer of four web sections 6 is formed. The spacers 2 are in the axial direction on the guide tubes 3 fixed. For this purpose, at an upper axial position I and at a lower axial position II four first projections 7 or second projections 8th radially out. The projections 7 . 8th are equally spaced in the circumferential direction and are characterized by a radially outwardly directed embossing of the tube wall of the guide tube 3 educated. The first and second protrusions 7 . 8th have the same rotational position to each other and are formed approximately knob-shaped. The projections 7 . 8th are arranged within a cell and penetrated to form an axially effective undercut the web portions 6 breaking windows 9 ,

Bei einer Erwärmung auf Betriebstemperatur dehnt sich das Material der Führungsrohre 3 stärker aus als die Zirkoniumlegierung der Abstandhalter 2. Bezüglich der oberen Axialpositi on I resultiert daraus eine Relativbewegung der ersten Vorsprünge 7 zu den Stegabschnitten 6 nach oben bzw. in Richtung des Pfeils 10 und bezüglich der unteren Axialposition eine Relativbewegung nach unten bzw. in Richtung des Pfeils 12. Die Vorsprünge 7, 8 werden dabei an einen Anschlagbereich gedrückt, der im vorliegenden Fall von Schrägkanten 13 der Fenster 9 gebildet wird. Die Schrägkanten 13 sind schräg zur Mittellängsachse 14 der Führungsrohre 3 ausgerichtet. Die Schrägkanten 13 der Axialposition I bilden dabei einen in Richtung des Pfeils 12 und jene der Axialposition II einen in Richtung des Pfeils 10 geöffneten spitzen Winkel. Mit zunehmender Relativbewegung des Führungsrohres 3 in Richtung der Pfeile 10 und 12 werden die Vorsprünge 7, 8 mit ihren in Pfeilrichtung 10 bzw. 12 weisenden Seiten gegen die Schrägkanten 13 der Fenster 9 gedrückt. Die Vorsprünge 7, 8 wirken mit den Schrägkanten 13 im Sinne einer Keilschubverbindung zusammen. Mit zunehmender relativer Wärmeausdehnung der Führungsrohre 3 wird ein Vorsprung 7, 8 zusehend in den verengten Bereich der Fenster 9 hinein gepresst. Die Verbindung zwischen Abstandhalter und Führungsrohr 3 wird somit bei Erwärmung fester.When heated to operating temperature, the material of the guide tubes expands 3 stronger than the zirconium alloy spacers 2 , With respect to the upper Axialpositi on I results from a relative movement of the first projections 7 to the footbridge sections 6 upwards or in the direction of the arrow 10 and with respect to the lower axial position, a relative movement downwards or in the direction of the arrow 12 , The projections 7 . 8th are pressed against a stop area, which in the present case of beveled edges 13 the window 9 is formed. The beveled edges 13 are oblique to the central longitudinal axis 14 the guide tubes 3 aligned. The beveled edges 13 the axial position I form one in the direction of the arrow 12 and those of the axial position II one in the direction of the arrow 10 open acute angles. With increasing relative movement of the guide tube 3 in the direction of the arrows 10 and 12 become the projections 7 . 8th with their in the direction of the arrow 10 respectively. 12 facing sides against the beveled edges 13 the window 9 pressed. The projections 7 . 8th act with the beveled edges 13 in the sense of a Keilschubverbindung together. With increasing relative thermal expansion of the guide tubes 3 becomes a lead 7 . 8th watching in the narrowed area of the windows 9 pressed into it. The connection between spacer and guide tube 3 becomes stronger when heated.

Das Ausführungsbeispiel von 2A unterscheidet sich von jenem gemäß 2 dadurch, dass das Material des Führungsrohrs eine geringere Wärmeausdehnung aufweist als das Material des Abstandhalters. Das Führungsrohr 3 besteht z.B. aus Inconel oder rostfreiem Stahl, der Abstandhalter dagegen aus einer Zirkoniumlegierung, beispielsweise Zirkaloy. Bei der Erwärmung auf Betriebstemperatur sind die Ausdehnungsverhältnisse umgekehrt. Die Vorsprünge 7 der oberen Axialposition I führen eine Relativbewegung zum Abstandhalter 3 nach unten bzw. in Richtung des Pfeiles 15 und die Vorsprünge 8 der unteren Axialposition II nach oben bzw. in Richtung des Pfeils 21 aus. Mit der Mittellängsachse 14 der Führungsrohre 3 bilden die Schräg kanten 13a der oberen Fenster 9 bilden einen nach oben bzw. in Richtung des Pfeils 21 und die Seitenkanten 13a der unteren Fenster 9 einen nach unten bzw. in Richtung des Pfeiles 15 geöffnetem spitzen Winkel. Eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Führungsrohr und Abstandhalter 2 bewirkt somit, dass die Fenster 9 mit ihren beiden Schrägkanten 13a gegen die Vorsprünge 7, 8 gedrückt werden.The embodiment of 2A differs from that according to 2 in that the material of the guide tube has a lower thermal expansion than the material of the spacer. The guide tube 3 For example, it is made of Inconel or stainless steel, while the spacer is made of a zirconium alloy, such as Zirkaloy. When heated to operating temperature, the expansion ratios are reversed. The projections 7 the upper axial position I lead a relative movement to the spacer 3 down or in the direction of the arrow 15 and the projections 8th the lower axial position II upwards or in the direction of the arrow 21 out. With the central longitudinal axis 14 the guide tubes 3 form the beveled edges 13a the upper window 9 form one upwards or in the direction of the arrow 21 and the side edges 13a the lower window 9 one down or in the direction of the arrow 15 open acute angle. A different thermal expansion between the guide tube and spacer 2 thus causes the windows 9 with its two beveled edges 13a against the projections 7 . 8th be pressed.

Bei den Ausführungsbeispielen von 4 und 8 sind die ersten und zweiten Vorsprünge 7, 8 mittelbar mit dem Führungsrohr 3 verbunden. In dem sich oberseits und unterseits an einen Abstandhalter 2 anschließenden Bereich ist das Führungsohr jeweils von einer Hülse 16 axial fixiert und im wesentlichen spielfrei umfasst. Die Hülsen 16 sind am Führungsohr 3 durch eine Verschweißung fixiert und bestehen beispielsweise ebenfalls aus Inconel oder rostfreiem Stahl bzw. aus einem mit diesen Materialien verschweißbaren Material. An die dem Abstandhalter 2 zugewandte Stirnseite 32 der Hülsen 16 sind Arme 17 angeformt, die sich in Axialrichtung weg erstrecken. Die Arme 17 sind aus der Hülsenwand freigeschnitten und tragen an ihrem Freiende die Vorsprünge 7, 8, welche aus ihren Außenseiten radial vorstehen. Die Innenseiten der Arme 17 sind entsprechend der Innenwand der Hülse 16 gekrümmt und liegen dementsprechend im Montagezustand an der Umfangsfläche des Führungsrohres 3 an.In the embodiments of 4 and 8th are the first and second protrusions 7 . 8th indirectly with the guide tube 3 connected. In the top and bottom of a spacer 2 adjoining area is the guide ear in each case by a sleeve 16 axially fixed and substantially free of play includes. The pods 16 are at the guide ear 3 fixed by welding and, for example, also made of Inconel or stainless steel or of a material weldable with these materials. To the the spacer 2 facing end face 32 the sleeves 16 are poor 17 molded, which extend away in the axial direction. The poor 17 are cut free from the sleeve wall and carry at their free end the projections 7 . 8th , which protrude radially from their outsides. The insides of the arms 17 are accordingly the inner wall of the sleeve 16 curved and are accordingly in the assembled state on the peripheral surface of the guide tube 3 at.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 4 befinden sich die Hülsen 16 in einer derartigen Drehstellung zu einer Zelle 5 des Abstandhalters 2, dass ihre Arme etwa mittig zu einem Stegabschnitt 6 angeordnet sind. Der jeweils einer Hülse 16 zugewandte obere bzw. untere Bereich der Stegabschnitte 6 ist radial nach außen erweitert und bildet einen Aufnahmebereich 18, in dem sich die Arme 17 axial und radial hinein erstre cken. Die Breite des Aufnahmebereichs 18 ist größer als die Breite der Arme 17. Unter- bzw. oberhalb des Aufnahmebereiches 18 sind die Stegabschnitte 6 von einem Fenster 9 durchbrochen. Dieses weist eine rechteckige Querschnittsform und erstreckt sich mit seiner Längsrichtung quer zur Längsrichtung des Brennelementes 1 bzw. quer zur Mittellängsachse 14 der Führungsrohre 3. Die an die Freienden der Arme 17 angeformten Vorsprünge 7, 8 sind im Längsschnitt keilförmig, wobei sie eine von der Umfangsfläche der Führungsrohre 3 wegweisende und sich tangential zu dieser erstreckende Schrägfläche 19 aufweisen. Die Vorsprünge 7, 8 durchgreifen die Fenster 9 und liegen mit ihrer Schrägfläche 19 an der Innenkante 20 der Aufnahmebereiche 18 an. Der Aufnahmebereich 18 bzw. die Innenkante 20 und die Schrägfläche 19 wirken ebenfalls im Sinne einer Keilschubverbindung zusammen. Bei einer wärmebedingten Ausdehnung des Führungsrohres 3 bewegen sich die Vorsprünge 7, 8 bzw. deren Schrägflächen 19 in Richtung der Pfeile 10 bzw. 12. Dabei werden die Schrägflächen 19 auf die Innenkanten 20 aufgeschoben, was mit zunehmender Erwärmung zu einer Verfestigung der Verbindung zwischen Führungsrohr 3 und Abstandhalter 2 führt.In the embodiment of 4 are the sleeves 16 in such a rotational position to a cell 5 of the spacer 2 in that their arms are approximately midway to a bridge section 6 are arranged. The one sleeve 16 facing upper or lower region of the web sections 6 is extended radially outward and forms a receiving area 18 in which are the arms 17 axially and radially extend into it. The width of the recording area 18 is greater than the width of the arms 17 , Below or above the receiving area 18 are the bridge sections 6 from a window 9 breached. This has a rectangular cross-sectional shape and extends with its longitudinal direction transverse to the longitudinal direction of the fuel assembly 1 or transverse to the central longitudinal axis 14 the guide tubes 3 , The to the free ends of the arms 17 molded-on projections 7 . 8th are wedge-shaped in longitudinal section, being one of the peripheral surface of the guide tubes 3 groundbreaking and tangential to this extending inclined surface 19 exhibit. The projections 7 . 8th go through the windows 9 and lie with their inclined surface 19 at the inner edge 20 the reception areas 18 at. The recording area 18 or the inner edge 20 and the inclined surface 19 also cooperate in the sense of a Keilschubverbindung. With a heat-related expansion of the guide tube 3 the projections move 7 . 8th or their inclined surfaces 19 in the direction of the arrows 10 respectively. 12 , This will be the inclined surfaces 19 on the inner edges 20 postponed, which with increasing warming to a solidification of the connection between the guide tube 3 and spacers 2 leads.

Zur Montage werden zunächst die beiden Hülsen 16 ober- und unterseits auf einen Abstandhalter aufgesteckt. Da die Schlüsselweite 22 (6) zweier diametral gegenüberliegenden Vorsprünge größer ist als die Schlüsselweite 23 zweier diametral gegenüberliegender Aufnahmebereiche 18, müssen die Arme 17 vor dem Einstecken einer Hülse 16 in den Abstandhalter 2 radial nach innen gebogen werden. Eine andere Möglichkeit das Einstecken der Hülsen 16 zu ermöglichen, besteht darin, die Breite der Arme 17 so zu wählen, dass diese in den Zelleneckbereichen 24 des Abstandhalters 2 Platz finden. Die Hülsen 16 werden somit beim Einstecken in einer um 45° gegenüber ihrer Soll- Drehstellung verdrehten Stellung gehalten. Nachdem die Hülsen 16 ihre axiale Sollposition in etwa erreicht haben, wird die Hülse um 45° gedreht, wobei die Vorsprünge 7, 8 in die Fenster 9 eingreifen. Um dies zu erleichtern ist es zweckmäßig, dass die Fenster 9 in die Zelleneckbereiche 24 hinein ragen. Um das Einstecken der Hülsen 16 in einen Abstandhalter 2 zu erleichtern, ist es denkbar, die Stirnseiten 25 der Vorsprünge 7, 8 als Auflaufschrägen auszugestalten, wobei diese mit der Aussenkante eines Stegabschnitts 6 bzw. eines Aufnahmebereiches 18 zusammenwirkt, mit der Folge, dass ein Arm 17 radial nach innen gebogen wird und das Einstecken der Hülse 16 in eine Zelle 5 möglich ist.For assembly, first the two sleeves 16 attached above and below on a spacer. Because the wrench size 22 ( 6 ) of two diametrically opposed protrusions is greater than the key width 23 two diametrically opposite receiving areas 18 need the arms 17 before inserting a sleeve 16 in the spacer 2 be bent radially inward. Another possibility is the insertion of the sleeves 16 to allow, is the width of the arms 17 to choose such that these in the cell corner areas 24 of the spacer 2 Find a place. The pods 16 are thus held during insertion in a rotated by 45 ° with respect to their desired rotational position position. After the sleeves 16 have reached their desired axial position in about, the sleeve is rotated 45 °, wherein the projections 7 . 8th in the windows 9 intervention. To facilitate this, it is appropriate that the windows 9 into the cell corner areas 24 protrude into it. To insert the sleeves 16 in a spacer 2 To facilitate, it is conceivable the end faces 25 the projections 7 . 8th to design as ramps, this with the outer edge of a web section 6 or a recording area 18 interacts, with the result that one arm 17 is bent radially inward and inserting the sleeve 16 in a cell 5 is possible.

In 8 bis 13 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine Fixierung eines Abstandhalters 2 mit quadratischen Zellen 5 an ein Führungsrohr 3 mit Hilfe von Hülsen 16 erfolgt, an deren den Abstandhalter 2 zugewandten Stirnseite 32 Arme 17 axial abstehen. Auch hier sind die Arme 17 aus der Hülsenwand freigeschnitten und tragen an ihrem Freiende außenseitig einen Vorsprung 7 bzw. 8. Im Montagezustand erstrecken sich die Arme 17 in die Zelleneckbereiche 24 des Abstandhalters 2 hinein. In jedem Zelleneckbereich 24 eines Stegabschnittes 6 ist an der oberen Axialposition I und an der unteren Axialposition II jeweils ein Fenster 9 angeordnet. Insgesamt ist ein Stegabschnitt 6 somit von vier Fenstern 9 durchbrochen. Der mit den Vorsprüngen 7, 8 zusammenwirkende Anschlagbereich der Fenster 9 wird durch deren Innenkanten gebildet, welche als Schrägkanten 27 ausgebildet sind. Eine Schrägkante 27 bildet mit der Mittellängsachse 14 eines Führungsrohres 3 einen sich nach oben (Pfeil 10) oder nach unten (Pfeil 12) öffnenden spitzen Winkel. Der Vorsprung 7, 8 eines Armes 17 greift gleichzeitig in zwei obere bzw. zwei untere Fenster eines Zelleneckbereiches 24 ein.In 8th to 13 an embodiment is shown in which a fixation of a spacer 2 with square cells 5 to a guide tube 3 with the help of sleeves 16 takes place, at whose the spacer 2 facing end face 32 poor 17 protrude axially. Again, there are the arms 17 cut free from the sleeve wall and wear at its free end outside a projection 7 respectively. 8th , In the assembled state, the arms extend 17 into the cell corner areas 24 of the spacer 2 into it. In every cell corner area 24 a bridge section 6 is in each case a window at the upper axial position I and at the lower axial position II 9 arranged. Overall, a bridge section 6 thus of four windows 9 breached. The one with the projections 7 . 8th co-operating stop area of the windows 9 is formed by their inner edges, which are as beveled edges 27 are formed. A bevel 27 forms with the central longitudinal axis 14 a guide tube 3 one up (arrow 10 ) or down (arrow 12 ) opening acute angles. The lead 7 . 8th an arm 17 simultaneously accesses two upper or two lower windows of a cell corner area 24 one.

Die nähere Gestaltung einer Hülse 16 und insbesondere der Vorsprünge 7, 8 ist am besten 9 bis 12 zu entnehmen. Die Seitenflächen 28 der Arme 17 erstrecken sich nicht in Radialsondern in Tangentialrichtung in Bezug auf die Umfangsfläche der Hülse 16. Wie insbesondere 12 zu entnehmen ist, bilden die Seitenflächen 28 insgesamt einen Vierkant, dessen Schlüsselweite 29 geringfügig kleiner ist als die lichte Weite 30 einer Zelle 5. Eine Hülse 16 kann maximal so weit in einen Abstandhalter 2 eingesteckt werden, bis ihre die Arme 17 tragende Stirnseite 32 auf den Stegen 4 bzw. den Stegabschnitten 6 aufsitzt. Die Vorsprünge 7, 8 sind im wesentlichen ringwulstartige, radial von der Außenseite der Arme 17 abstehende Verdickungen. Die Außenseite 31 der Vorsprünge 7, 8 ist Teil einer Zylinderfläche, welche die Umfangsfläche der Hülsen 16 koaxial umfasst. Die Seitenflächen der Vorsprünge 7, 8 sind als Schrägflächen 33 ausgebildet, welche mit der Mittellängsachse 34 einer Hülse 16 bzw. der Mittellängsachse 14 eines Führungsrohres 3 einen sich nach oben (Pfeil 10) bzw. nach unten (Pfeil 12) öffnenden spitzen Winkel bilden. Im Montagezustand durchgreifen die Vorsprünge 7, 8 mit ihren Seitenbereichen 35 zwei an einem Zelleneckbereich 24 benachbarte Fenster 9. Dabei wirken die Schrägflächen 33 der Vorsprünge 7, 8 mit den Schrägkanten 27 der Fenster 9 im Sinne einer Keilschubverbindung zusammen. Damit die Arme 17 mit den Vorsprüngen 7, 8 in die Zelleneckbereiche 24 hinein passen, dürfen die Vorsprünge 7, 8 nicht allzu weit von der Außenumfangsfläche von der Hülse 16 abstehen. Die radiale Ausdehnung der Schrägflächen 33 ist daher relativ gering, so dass die Gefahr besteht, dass bei einer erwärmungsbedingten Ausdehnung der Führungsrohre 3 eine Schrägfläche 33 außer Eingriff mit der Schrägkante 27 gelangt. Um dies zu verhindern, sind die Schrägflächen 33 in einer Radialebene gesehen so ausgerichtet, dass bei einer Relativbewegung zwischen Führungsrohr 3 und Stegabschnitt 6 in Pfeilrichtung 10 bzw. 12 ein Vorsprung 7, 8 eine radial nach innen gerichtete Kraftkomponente auf eine Schrägkante 27 ausübt. Die Festigkeit der Verbindung zwischen Führungsrohr 3 und Abstandhalter 2 wird somit im erwärmten Zustand nicht nur in Axialrichtung, sondern auch in Radialrichtung gefestigt.The closer design of a sleeve 16 and in particular the projections 7 . 8th is the best 9 to 12 refer to. The side surfaces 28 the poor 17 do not extend radially but tangentially with respect to the peripheral surface of the sleeve 16 , In particular 12 it can be seen form the side surfaces 28 altogether a square, whose key width 29 slightly smaller than the clear width 30 a cell 5 , A sleeve 16 can be as far into a spacer as far as possible 2 be plugged in until their arms 17 carrying front side 32 on the jetties 4 or the web sections 6 seated. The projections 7 . 8th are substantially ring-bead-like, radially from the outside of the arms 17 protruding thickening. The outside 31 the projections 7 . 8th is part of a cylindrical surface, which is the peripheral surface of the sleeves 16 coaxially. The side surfaces of the projections 7 . 8th are as inclined surfaces 33 formed, which with the central longitudinal axis 34 a sleeve 16 or the central longitudinal axis 14 a guide tube 3 one up (arrow 10 ) or downwards (arrow 12 ) to make opening acute angles. In the assembled state, the projections pass through 7 . 8th with their side areas 35 two at a cell corner area 24 adjacent windows 9 , The oblique surfaces act here 33 the projections 7 . 8th with the beveled edges 27 the window 9 in the sense of a Keilschubverbindung together. With it the arms 17 with the projections 7 . 8th into the cell corner areas 24 fit in, the projections are allowed 7 . 8th not too far from the outer peripheral surface of the sleeve 16 protrude. The radial extent of the inclined surfaces 33 is therefore relatively low, so that the risk exists that in a warming-related expansion of the guide tubes 3 an oblique surface 33 out of engagement with the beveled edge 27 arrives. To prevent this, the inclined surfaces 33 Seen in a radial plane aligned so that during a relative movement between the guide tube 3 and bridge section 6 in the direction of the arrow 10 respectively. 12 a lead 7 . 8th a radially inwardly directed force component on a beveled edge 27 exercises. The strength of the connection between guide tube 3 and spacers 2 is thus consolidated in the heated state not only in the axial direction, but also in the radial direction.

Die Montage erfolgt etwa wie oben bereits beschrieben. Die Hülsen 16 werden ober- bzw. unterseits in eine Zelle eingesteckt, wobei die Arme 17 zu dem Zelleneckbereichen 24 hin ausgerichtet sind. Um das radiale nach innen gerichtete Verbiegen der Arme 17 zu erleichtern, ist deren Stirnseite als Auflaufschräge 36 ausgebildet.The assembly takes place approximately as already described above. The pods 16 are inserted above or below into a cell, with the arms 17 to the cell corner areas 24 are aligned. To the radial inward bending of the arms 17 To facilitate, is the front side as a ramp 36 educated.

Claims

Fuel assembly for a nuclear reactor with a fuel assembly, at least one spacer ( 2 ) with cells ( 5 ) formed by at least one web section (1) consisting of a first material ( 6 ) and several, one cell each ( 5 ) passing through and axially fixed thereon guide tubes ( 3 ) of a material having a different thermal expansion of the first material second material, wherein for connecting guide tube ( 3 ) and spacers ( 2 ) - on the guide tube ( 3 ) first and second projections ( 7 . 8th ) are fixed directly or indirectly, the first projections ( 7 ) at a first axial position (I) and the second projections ( 8th ) are arranged at a second axial position (II), and - the projections ( 7 . 8th ) in each case in a web section ( 6 ) window ( 9 Engage) with the formation of an axially effective undercut, characterized in that in case of larger thermal expansion of the guide tube ( 3 ) facing away from each other and in the case of a greater thermal expansion of a web section ( 6 ) the mutually facing sides of the projections ( 7 . 8th ) each with a stop area of the window ( 9 ) cooperate, at least one obliquely to the longitudinal direction of the spacer ( 2 ) or the guide tube ( 3 ) running beveled edge ( 13 . 27 ), which with a projection ( 7 . 8th ) forms a thrust wedge connection.

Fuel element according to claim 1, characterized in that a projection ( 7 . 8th ) one with the beveled edge ( 13 . 27 ) co-operating inclined surface ( 19 . 33 ) having.

Fuel element according to claim 2, characterized in that the oblique surface ( 33 ) additionally has an inclination in the radial direction and the beveled edge ( 27 ) engages behind in the circumferential direction, such that during a relative movement between the web portion ( 6 ) and guide tube ( 3 ) the bridge section ( 6 ) is acted upon by a radially acting force component.

Fuel element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the guide tube ( 3 ) in the region of a spacer ( 2 ) of an upper and a lower sleeve ( 16 ) is axially fixed, wherein the upper sleeve first projections ( 7 ) and the lower sleeve second projections ( 8th ) wearing.

Fuel assembly according to claim 4, characterized in that from the spacer ( 2 ) facing end face ( 32 ) of a sleeve ( 16 ) several arms ( 17 ) extend axially, wherein the projections ( 7 . 8th ) are arranged on the outer sides of the arms.

Fuel assembly according to claim 5, characterized in that the inside of the arms ( 17 ) on the peripheral surface of the guide tube ( 3 ) is present.

Fuel assembly according to claim 5 or 6, characterized in that the spacer ( 2 ) rectangular, of four web sections ( 6 ) cells formed ( 5 ) and that on a sleeve ( 16 ) four each in the middle of a web section ( 6 ) aligned arms ( 17 ) are present, wherein the web sections ( 6 ) has a radially enlarged receiving area extending axially from its upper edge and from its lower edge ( 18 ) into which the associated arm ( 17 ) extends axially and radially into it and with its projection ( 7 . 8th ) in a window ( 9 ) intervenes.

Fuel assembly according to claim 5 or 6, characterized in that the spacer ( 2 ) rectangular, of four web sections ( 6 ) cells formed ( 5 ) and that on a sleeve ( 16 ) four each to the cell corner areas ( 24 ) aligned arms ( 17 ) and that in the cell corner area ( 24 ) of each land section ( 6 ) an upper and a lower window ( 9 ) are provided, wherein the projection ( 7 . 8th ) of an arm ( 17 ) simultaneously into two upper or two lower windows ( 9 ) of a cell corner area ( 24 ) intervenes.